[发明专利]节铬节镍型高铝耐热不锈钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种节铬节镍型高铝耐热不锈钢合金材料，属钢铁合金材料技术领域。

背景技术

耐热钢是在高温条件下使用的具有抗氧化性和足够的高温强度以及良好的耐热性能的钢，广泛应用于冶金、航空及火力发电等行业。抗氧化性能是耐热钢首要考虑的因素。目前，常用Fe基或Ni基耐热高温合金基本上是通过表面生成的Cr2O3层起到抗氧化效果。而与Cr2O3相比，在高温工作环境下，A12O3更具有保护作用。Al2O3保护膜不仅致密、坚固，且不易挥发，在1200~1250℃仍具有较高的稳定性。A12O3的生长速度比Cr2O3低1～2个数量级，而且从热力学角度看，A12O3具有更高的热力学稳定性。同时，在一些含镍的耐热钢中，当镍铝在一定的配比和温度条件下可以形成金属间化合物Ni3Al(γ'相)，从而可以达到自身的固溶、析出及与奥氏体基体的共格应变三种强化效果。因此，在耐热钢中加入适当的铝可明显提高耐热钢的高温抗氧化性，使其具有优良的高温力学性能和抗氧化性能。310S是美国铸造学会开发的铬镍耐热奥氏体不锈钢。自问世以来，310S耐热钢就以其良好的蠕变性能、耐高温腐蚀性能及机械加工性能，开始广泛应用在石化装置的高温部件上。随着国内不锈钢产能和表观消费需求的进一步持续增长，铬和镍资源匮乏的问题已被越来越多的人们共识。为了降低原料成本，在310S的基础上，通过以铝替铬，同时降低镍含量，开发出一种新的节铬节镍型高铝耐热不锈钢。本合金具有明显的成本优势，同时显著减少对贵金属的依存度，从而为国家资源节约做出应有贡献。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好高温力学性能和抗氧化性能的节铬节镍型高铝耐热不锈钢。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

节铬节镍型高铝耐热不锈钢，该耐热不锈钢具有如下的成分及质量百分比：C≤0.2%，Mn≤1.5%，P≤0.03%，S≤0.03%，Al2.0-3.5%，Ni10.0-16.0%，Cr15.0-23.0%，Si≤1.5%，Ce或者Y 0.05-0.5%，其余部分为铁。

本发明节铬节镍型高铝耐热不锈钢合金材料采用传统常规的熔炼工艺方法，在浇铸前将稀土中间合金投入；中间合金由铁和稀土金属组成，选用Fe-Ce或Fe-Y中间合金；两者的组成分别为：Fe-Ce中间合金中Ce的质量百分含量为23.5%；Fe-Y中间合金中Y的质量百分含量为15%；经综合配料熔制后，浇注成型，经热锻和固溶处理，最终制得节铬节镍型高铝耐热不锈钢。该成分范围内的钢在热锻后再经一定温度固溶处理，室温抗拉强度在600～800Mpa范围，屈服强度σ0.2在220～400Mpa范围，断裂延伸率在40～70%范围，该合金的抗氧化性能优于310S钢。

本发明的机理如下：

根据合金化原理，以铝代铬，降低合金中的铬含量；同时在高温条件下，铝在合金表面形成致密的氧化铝层，提高耐热钢的高温抗氧化性，使其具有优良的高温力学性能和抗氧化性能。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

常用Fe基或Ni基耐热高温合金基本上是通过表面生成的Cr2O3层起到抗氧化效果。而与Cr2O3相比，在高温工作环境下，A12O3更具有保护作用。Al2O3保护膜不仅致密、坚固，且不易挥发，在1200~1250℃仍具有较高的稳定性。A12O3的生长速度比Cr2O3低1～2个数量级，而且从热力学角度看，A12O3具有更高的热力学稳定性。同时，在一些含镍的耐热钢中，当镍铝在一定的配比和温度条件下可以形成金属间化合物Ni3Al(γ'相)，从而可以达到自身的固溶、析出及与奥氏体基体的共格应变三种强化效果。本发明可明显提高耐热钢的高温抗氧化性，具有良好高温力学性能和抗氧化性能。并且具有明显的成本优势，同时显著减少对贵金属的依存度，从而为国家资源节约做出应有贡献。本发明节铬节镍型高铝耐热不锈钢合金材料的室温抗拉强度在600～800Mpa范围，屈服强度σ0.2在220～400Mpa范围，断裂延伸率在40～70%范围，该合金的抗氧化性能优于310S钢。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种节铬节镍型高铝耐热不锈钢，该耐热不锈钢具有如下的成分及质量百分比：

C0.12%

Mn 0.74%

P 0.011%

S 0.007%

Al3.0%

Ni15.3%

Cr18.4%

Si 1.4%

稀土Ce0.1%

Fe余量